Esta iglesia es una de las más antiguas de Madrid. La torre mudéjar es del siglo XII, tiene una planta cuadrada, está construida con ladrillo y decorada con arquerías ciegas. Esta torre corresponde posiblemente a uno de los minaretes árabes que se conservan en la ciudad. Se culmina con un chapitel en pizarra de estilo herreriano que fue añadido en el siglo XVIII.

En las zonas inferiores de la torre, los ladrillos presentan unas dimensiones de 30 x 15 cm. Hacia la zona del campanario, los ladrillos son más pequeños y presentan una tonalidad diferente.

El ábside es del siglo XV. Está construido con piedra de cantería de pequeño tamaño, procedente de afloramientos del Cretácico Superior localizados en las zonas de El Molar o Torrelaguna (canteras de Redueña). Esta piedra es una dolomía. La ventana del ábside está recercada con granito.

La iglesia tiene dos puertas de entrada, ambas con jambas y dinteles realizados en granito. La principal es una bella portada labrada en el siglo XVIII por Salvador Carmona, en donde aparece la imagen de San Nicolás. Toda la fachada donde se incluye esta portada está realizada en ladrillo, con una disposición y dimensiones muy diferentes al resto del edificio.

La otra puerta presenta un arco de medio punto. Está insertada en una fachada con un zócalo de mampostería de sílex que evoluciona verticalmente a encintados de ladrillos con cajones de mampostería, correspondiente al denominado aparejo toledano, en donde además de sílex aparece puntualmente algún mampuesto de dolomía-caliza del Terciario. El nivel superior de esta fachada presenta tres pequeñas ventanas y una más grande con balcón.

La iglesia de San Nicolás de los Servitas presenta en su construcción cinco materiales de piedra natural, utilizados tradicionalmente en el patrimonio arquitectónico de la Comunidad de Madrid.

El sílex se localiza en las mamposterías de los zócalos de la fachada orientada a la plaza del Biombo. También en los cajones encintados con ladrillos, en donde se observan además algunos mampuestos de calizas de niveles inferiores del Terciario. La piedra del Cretácico se localiza en algunos mampuestos de estos cajones, sobre todo en el ábside. El granito, en el zócalo de la calle que une la plaza del Biombo con la de San Nicolás, en la fachada principal y en las dos portadas de la iglesia. La pizarra se localiza en el chapitel de la torre.

La iglesia ha sufrido diferentes transformaciones desde sus orígenes en el siglo XII. La torre fue transformada en el siglo XIV, cuando se modificó la cubierta, sustituida en el siglo XVIII por un chapitel de pizarra. En el siglo XV se realizó una importante ampliación, con la construcción del ábside y de la estructura principal de la iglesia, siendo la nave y las capillas reformadas en el siglo XVII. La portada principal fue realizada en el siglo XVIII. Se acometen pequeñas intervenciones a finales del siglo XIX. En el siglo XX, destaca la intervención efectuada en 1912, motivada por el deterioro producido debido a un importante incendio, y la realizada a mitad de siglo, con la inauguración de la Capilla de San Nicolás. A finales del siglo XX, se han ejecutado intervenciones destacadas, realizándose la más importante en 1983. En algunas de estas intervenciones, la piedra fue sustituida, pues debía estar muy deteriorada, como en la zona del ábside, en donde se aprecian acabados distintos a los observados en la piedra original.